2017 Fiscal Year Annual Research Report
Si-APDピクセルX線検出器の高性能化による放射光ナノ秒連続測定
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17H01078
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
岸本 俊二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (00195231)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 真伸 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (00222117)
春木 理恵 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (30404031)
足立 伸一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (60260220)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Si-APDリニアアレイ / 128ピクセル / 酸化ハフニウム / ナノ粒子添加プラスチック・シンチレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）高空間分解能・高検出効率のSi-APDリニアアレイを製作
空乏層厚さを10μm に変えて 30μmの設計とし、ピクセルサイズ H100×V200μm及びH100xV400μm（ピクセルギャップ：45μm）、ピクセル数：128（H 方向：18.6 mm）のSi-APDリニアアレイ素子を製作した。製作は浜松ホトニクスに依頼した。14.4keVで検出効率～7%、時間分解能は素子固有の時間幅で0.3nsとなることが期待される。ビーム軸に対して12度まで傾斜させれば空間分解能30μm、検出効率は厚さ 150μmのシリコンに 相当する、14.4keVで>30%となる予定である。APDピクセルの幅を当初の目標の50μmでなく100μmとしたのはピクセル間ギャップを実績 50μm から大幅に狭めることが困難と判明したためで、これまでより10%狭めることにとどめた。そのためギャップに対してピクセル幅は十分大きく保たれている。APDとしての性能はレーザーによる出力電流の測定などから目標のゲインなどを満たしていることが確認されている。
２）比例モードSi-APDを使うシンチレーション検出器の開発
S/N比の大きな高速パルスを得るための超高速アンプASICの試作をめざしたが、設計が遅れ断念した。その試作に必要な予算は次年度へ繰越を行った。一方、重元素添加プラスチック・シンチレータ（PLS)による高エネルギーX線領域の検出については、酸化ハフニウムナノ粒子を10wt%含むPLSの製作が進みAPDを受光素子とする冷却型検出器による57.61keV（I-127原子核の第1励起準位と同じエネルギー）X線ビームテストを進めた。その結果、Si-APDを－33℃まで冷却したとき、検出効率5.8%、時間分解能0.34ns（FWHM)を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
第1の目標である128ピクセルのSi-APDリニアアレイの製作を進めることができている。ピクセル仕様は当初のものから変更（横幅を開発済みのものと同じに留めたこと）があったがレーザー光による試験結果では予定通りのAPDとしての性能が得られている。また、Si-APDシンチレーション検出器のための超高速ASICアンプの開発は遅れているものの、重元素添加シンチレータで進展があり新しく酸化ハフニウム添加PLSの製作が進み、APDシンチレーション検出器としてのテストを実施、その結果を国際会議で発表している。
AMCによる超高速波形デジタイザーボード・ソフトウェアの改良は予算の制約から見送った。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）Si-APDリニアアレイ
当初の予定通り、次年度以後、放射光X線ビームを用いたリニアアレイX線検出器としての性能を評価する。検出効率、波高分布、時間分解能の測定を直入射およびビーム軸に傾けた状態で入射する配置にて実施する。また、並行して核共鳴散乱や高感度イメージング法への応用を進める。
２）比例モード Si-APD によるシンチレーション光パルス検出
引き続き重元素ナノ粒子添加PLSの製作・評価を進める。原子番号83のビスマスを添加するPLS製作を連携研究者である東北大学チームと重点的に進めたい。信号/雑音比の大きなASICアンプの設計は当初の計画より遅れているが研究分担者・田中を中心に検討を急ぐ。
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| Remarks |
(1)はKEK測定器開発室（DTP）ホームページ内のFPIXプロジェクトのページを示す。KEK-DTPプロジェクトとしてFPIXプロジェクトは終了したが引き続き成果については追記予定。
(2)はKEK測定器開発室（DTP）ホームページ内のFSCIプロジェクトのページを示す。
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